Materia Oscura: Nuevo récord en la infructuosa búsqueda de WIMP

¿Dónde está la gran mayoría de la materia del universo? Esta cuestión es uno de los misterios sin resolver más importantes de la astrofísica. Según el modelo cosmológico estándar, aproximadamente el 85% de la masa del universo flota en forma de partículas invisibles. Pero hasta ahora ha sido imposible detectarlos, incluso con experimentos extremadamente sofisticados. Se están considerando varios candidatos, incluidas partículas hipotéticas llamadas WIMP (partículas masivas que interactúan débilmente). Deberían hacerse oír en detectores gigantes y altamente sensibles. Pero los WIMP no han aparecido en ninguna de varias campañas de búsqueda internacionales, incluida la más reciente y más sensible hasta la fecha en los Estados Unidos. Así lo anunció el equipo experimental de LUX-ZEPLIN durante dos conferencias el 26 de agosto de 2024 en Chicago y Sao Paulo.

En el centro experimental LUX-ZEPLIN (abreviado LZ) en el Sanford Underground Research Facility en Dakota del Sur, se encuentran siete toneladas de xenón líquido en un enorme contenedor a gran profundidad bajo tierra y, por lo tanto, bien protegido de todas las posibles fuentes de radiación terrestre y extraterrestre. Todo lo que queda aquí son los muy raros destellos de luz que ocurren cuando un WIMP cósmico atraviesa el depósito de xenón y encuentra un núcleo atómico del gas noble líquido. Los resultados ahora publicados proceden de los primeros 280 días del experimento, que lleva en marcha desde finales de 2021. Según el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, responsable de LZ, hay masas ocultas por encima de los 9 GeV/c.² (por gigaelectronvoltio, una unidad de masa comúnmente utilizada en física de partículas) sin WIMP. Esto es aproximadamente nueve veces la masa de un protón, el núcleo del átomo de hidrógeno.

En total, LZ debería buscar señales WIMP durante 1000 días. La conclusión del experimento está prevista para 2028. Al mismo tiempo, se están realizando otras mediciones en busca de WIMP, como el XENONnT en Italia, que funciona según el mismo principio. El equipo de investigación XENONnT publicó sus primeros resultados en julio de 2023 (al mismo tiempo, el equipo LZ informó sobre los primeros 60 días de recopilación de datos). Otros conceptos se basan en estrategias de medición alternativas en la investigación WIMP, con la esperanza de detectar partículas en otras interacciones que eluden los grandes experimentos con xenón.

Caído en desgracia

Desde un punto de vista teórico, los WIMP han sido considerados durante mucho tiempo los favoritos de la materia oscura. En vista de los continuos informes negativos de las cada vez más sensibles (y, por tanto, cada vez más complejas y costosas) campañas de medición de WIMP, ahora se buscan cada vez más otros candidatos a materia oscura, como los llamados axiones. Pueden ser livianos a diferencia de los WIMP. Numerosas ideas compiten para responder a la pregunta de de qué está hecha la materia oscura. Los mismos expertos han discutido algunos tipos de agujeros negros. Pero éstas están demostrando ser una explicación cada vez más improbable. Después de décadas de investigación sobre la materia oscura, una cosa queda cada vez más clara: qué no es.

Quizás ni siquiera existan en absoluto. Se postuló la materia oscura porque su gravedad describe mejor los movimientos y estructuras que observamos en el universo. Sin embargo, si la gravedad funciona de manera diferente a escala galáctica de lo esperado, es posible que no se necesite materia oscura para explicarlo. Pero a pesar de enfoques tan radicales, aún quedan muchas preguntas sin respuesta. Antes de que la mayoría de la comunidad física se aleje de la materia oscura y rompa por completo con su visión del mundo, se necesitan conceptos más convincentes. Hasta entonces, continuará la búsqueda de partículas invisibles.